DE102019219476A1 - Micromechanical device with cavern access through an ASIC substrate and manufacturing process - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung geht aus von einer mikromechanischen Vorrichtung mit einem ASIC-Substrat (10, 11) und einem MEMS-Substrat (20), welche eine Kaverne (30) umschließen, mit einem wiederverschlossenen Kavernenzugang (60) mit einem stoffschlüssigen Verschluss (65) an einer äußeren Oberfläche der Vorrichtung.Der Kern der Erfindung besteht darin, dass der Kavernenzugang von einer äußeren Oberfläche des ASIC-Substrats bis zur Kaverne durch einen Zugangsbereich (45) des ASIC-Substrats verläuft, der von ASIC-Strukturen (40) ausgespart ist.Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Herstellung einer mikromechanischen Vorrichtung.The invention is based on a micromechanical device with an ASIC substrate (10, 11) and a MEMS substrate (20), which enclose a cavity (30), with a reclosed cavern access (60) with an integral closure (65) an outer surface of the device. The essence of the invention is that the cavern access runs from an outer surface of the ASIC substrate to the cavern through an access area (45) of the ASIC substrate which is cut out by ASIC structures (40). The invention also relates to a method for producing a micromechanical device.
Description
Stand der TechnikState of the art
Die Erfindung geht aus von einer mikromechanischen Vorrichtung mit einem ASIC-Substrat und einem MEMS-Substrat, welche eine Kaverne umschließen, mit einem wiederverschlossenen Kavernenzugang mit einem stoffschlüssigen Verschluss an einer äußeren Oberfläche der Vorrichtung.The invention is based on a micromechanical device with an ASIC substrate and a MEMS substrate, which enclose a cavern, with a reclosed cavern access with an integral closure on an outer surface of the device.
Bei kombinierten MEMS Bauelementen, d. h. einer on-Chip Integration von mehreren Sensoren, wie beispielsweise Beschleunigungssensoren und Drehratensensoren, werden meist in verschiedenen Kavernen unterschiedliche Gasdrücke eingestellt. Nach derzeitigem Stand der Technik werden für Drehratensensoren sehr geringe Kavernendrücke verwendet, während bei Beschleunigungssensoren regelmäßig höhere Drücke Verwendung finden. Die Realisierung der unterschiedlichen Drücke in unterschiedlichen Kavernen kann mit Hilfe verschiedener Techniken erfolgen, beispielsweise dem Einsatz von Getter-Materialien, wie in der Druckschrift
Bei dem Laser-Reseal-Prozess ist es erforderlich, eine Zugangsöffnung zu der zu verschließenden Kaverne zu erzeugen. Dies erfolgt bisher auf dem Kappenwafer und nicht auf dem Sensorwafer. Bei mikromechanischen Vorrichtungen, bei denen ASIC-Wafer und Sensorwafer vertikal integriert werden, also ein ASIC-Wafer als Kappe für einen MEMS-Wafer verwendet wird, ist es wünschenswert, neue Konzepte für die Kavernenöffnung zu finden.In the laser reseal process, it is necessary to create an access opening to the cavern to be closed. So far, this has been done on the cap wafer and not on the sensor wafer. In micromechanical devices in which the ASIC wafer and sensor wafer are vertically integrated, that is to say an ASIC wafer is used as a cap for a MEMS wafer, it is desirable to find new concepts for opening the cavern.
Die vorliegende Erfindungsmeldung zeigt eine besonders effiziente Realisierungsmöglichkeit auf, bei denen der Reseal-Zugang durch den ASIC-Wafer erfolgt. Alternative Vorschläge, bei denen der Reseal-Zugang für ein ASICap-Bauelement durch den Sensorwafer angelegt wird, sind in den Veröffentlichungen
Aufgabetask
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine mikromechanische Vorrichtung mit einem Kavernenzugang durch ein ASIC-Substrat und dazu ein Herstellungsverfahren zu schaffen.It is the object of the present invention to create a micromechanical device with a cavity access through an ASIC substrate and a manufacturing method for this purpose.
Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention
Die Erfindung geht aus von einer mikromechanischen Vorrichtung mit einem ASIC-Substrat und einem MEMS-Substrat, welche eine Kaverne umschließen, mit einem wiederverschlossenen Kavernenzugang mit einem stoffschlüssigen Verschluss an einer äußeren Oberfläche der Vorrichtung.The invention is based on a micromechanical device with an ASIC substrate and a MEMS substrate, which enclose a cavern, with a reclosed cavern access with an integral closure on an outer surface of the device.
Der Kern der Erfindung besteht darin, dass der Kavernenzugang von einer äußeren Oberfläche des ASIC-Substrats bis zur Kaverne durch einen Zugangsbereich des ASIC-Substrats verläuft, der von ASIC-Strukturen ausgespart ist.The essence of the invention is that the access to the cavern runs from an outer surface of the ASIC substrate to the cavern through an access area of the ASIC substrate that is cut out by ASIC structures.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen mikromechanischen Vorrichtung sieht vor, dass der Verschluss aus einer erstarrten Schmelze aus dem Material an der äußeren Oberfläche des ASIC-Substrats besteht, welches den Kavernenzugang umgibt und insbesondere ein Laserschmelzverschluss ist.An advantageous embodiment of the micromechanical device according to the invention provides that the closure consists of a solidified melt from the material on the outer surface of the ASIC substrate which surrounds the cavern access and is in particular a laser melt closure.
Vorteilhaft ist, dass der Kavernenzugang in Form einer Laserbohrung ausgestaltet ist. Vorteilhaft ist aber auch, dass der Kavernenzugang in Form eines anisotropen Ätzkanals ausgestaltet ist.It is advantageous that the access to the cavern is designed in the form of a laser drilling. However, it is also advantageous that the access to the cavern is designed in the form of an anisotropic etching channel.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen mikromechanischen Vorrichtung sieht vor, dass die Vorrichtung an der äußeren Oberfläche des ASIC-Substrats eine Ausnehmung mit einem Boden aufweist und der Kavernenzugang mit dem Verschluss an dem Boden angeordnet ist.An advantageous embodiment of the micromechanical device according to the invention provides that the device has a recess with a base on the outer surface of the ASIC substrate and the cavern access with the closure is arranged on the base.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen mikromechanischen Vorrichtung sieht vor, dass das ASIC Substrat rückgedünnt ist.An advantageous embodiment of the micromechanical device according to the invention provides that the ASIC substrate is thinned back.
Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Herstellung einer mikromechanischen Vorrichtung mit einem ASIC-Substrat und einem MEMS-Substrat, welche eine Kaverne umschließen, mit den Schritten:
- A: Bereitstellen eines ASIC-Substrats mit einem Zugangsbereich, der von ASIC Strukturen ausgespart ist;
- B: Bonden des ASIC-Substrats mit einem MEMS Substrat, wobei die ASIC-Strukturen an die Kaverne angrenzen;
- C: Herstellen eines Kavernenzugangs durch Herstellen einer durchgehenden Ausnehmung von einer äußeren Oberfläche des ASIC-Substrats bis zur Kaverne; D: Wiederverschließen des Kavernenzugangs mit einem stoffschlüssigen Verschluss an der äußeren Oberfläche des ASIC-Substrats.
- A: Providing an ASIC substrate with an access area that is cut out by ASIC structures;
- B: bonding the ASIC substrate to a MEMS substrate, the ASIC structures adjoining the cavern;
- C: producing a cavern access by producing a continuous recess from an outer surface of the ASIC substrate to the cavern; D: Reclosing the access to the cavern with an integral closure on the outer surface of the ASIC substrate.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens beinhaltet, dass nach dem Schritt A und vor dem Schritt B ein Sackloch in den Zugangsbereich des ASIC Substrats eingebracht wird, im Schritt B das ASIC-Substrat derart auf das MEMS-Substrat gebondet wird, dass das Sackloch einen Teil einer Kaverne bildet, und im Schritt C zum Herstellen der durchgehenden Ausnehmung ein Graben von der äußeren Oberfläche des ASIC-Substrats bis zum Sackloch eingebracht wird. Vorteilhaft ist, dass das Sackloch mittels eines Ätzprozesses eingebracht wird.An advantageous embodiment of the method according to the invention includes that after in step A and before step B a blind hole is made in the access area of the ASIC substrate, in step B the ASIC substrate is bonded to the MEMS substrate in such a way that the blind hole forms part of a cavern, and in step C for production A trench is introduced into the continuous recess from the outer surface of the ASIC substrate to the blind hole. It is advantageous that the blind hole is made by means of an etching process.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass der Graben mittels eines Ätzprozesses eingebracht wird. Besonders vorteilhaft ist, dass mittels des Ätzprozesses auch wenigstens ein weiterer Graben für einen Durchkontakt eingebracht wird.An advantageous embodiment of the method according to the invention provides that the trench is introduced by means of an etching process. It is particularly advantageous that at least one further trench for a through contact is also introduced by means of the etching process.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass im Schritt C der Kavernenzugang durch Laserbohren hergestellt wird. Vorteilhaft ist, dass im Schritt D der stoffschlüssige Verschluss mittels Laserschmelzen hergestellt wird.An advantageous embodiment of the method according to the invention provides that in step C the cavern access is established by laser drilling. It is advantageous that, in step D, the cohesive closure is produced by means of laser melting.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass vor dem Schritt D an der äußeren Oberfläche des ASIC-Substrats mittels eines Ätzprozesses eine Vertiefung mit einem Boden hergestellt wird und der Kavernenzugang an dem Boden angeordnet wird.An advantageous embodiment of the method according to the invention provides that, before step D, a recess with a base is produced on the outer surface of the ASIC substrate by means of an etching process and the cavern access is arranged on the base.
Vorteilhaft ist, dass das ASIC Substrat nach dem Schritt B an der äußeren Oberfläche, insbesondere durch Schleifen und/oder chemisch-mechanisches Polieren, abgedünnt wird.It is advantageous that the ASIC substrate is thinned on the outer surface after step B, in particular by grinding and / or chemical-mechanical polishing.
Vorteilhaft ist auch, dass das ASIC Substrat nach dem Schritt D an der äußeren Oberfläche, insbesondere durch Schleifen und/oder chemisch-mechanisches Polieren, planarisiert wird.It is also advantageous that after step D the ASIC substrate is planarized on the outer surface, in particular by grinding and / or chemical-mechanical polishing.
Die Erfindung erlaubt den Einsatz der Laser-Reseal-Technik für ein kombiniertes MEMS Bauelement mit ASIC-Kappe mit mehreren Kavernen mit unterschiedlichen Drücken, ist jedoch nicht darauf beschränkt.The invention allows the use of laser reseal technology for a combined MEMS component with an ASIC cap with several caverns with different pressures, but is not restricted to this.
Der Kern der Erfindung besteht in einem Herstellungsverfahren für einen Kavernenzugang zur Realisierung des Laser-Reseal-Prozesses in ASIC-Kappen-Technologie zur Einstellung eines definierten Gasdrucks in mindestens einer Kaverne einer mikromechanischen Vorrichtung.The essence of the invention consists in a manufacturing method for a cavern access for realizing the laser reseal process in ASIC cap technology for setting a defined gas pressure in at least one cavern of a micromechanical device.
Bei der Verwendung der ASIC-Kappen-Technologie wird der MEMS-Wafer, beispielsweise ein Sensorwafer, direkt mit dem ASIC-Wafer verbunden. Der bisherige Ansatz im Stand der Technik, den Kavernenzugang in dem Kappenwafer anzulegen, ist aufgrund der im ASIC vorhandenen Schichten und integrierten Schaltungen nicht ohne weitere Maßnahmen umsetzbar. Eine Herstellung des Kavernenzugangs durch den Sensorwafer benötigt zusätzliche Prozessschritte oder einen sehr dünnen MEMS Wafer maximal 150 µm. Dies würde aber die Verwendbarkeit des fertigen MEMS Bauelements deutlich einschränken, da wichtige Eigenschaften des Sensors, wie etwa die Biegeempfindlichkeit, direkt von der Dicke des Sensors (inkl. Kappe) abhängen. Daher könnte ein solcher stark rückgedünnter Sensor mit Kavernenzugang durch den Sensorwafer nicht für alle Applikationen, insbesondere hoch genaue Inertialsensoren, eingesetzt werden.When using the ASIC cap technology, the MEMS wafer, for example a sensor wafer, is connected directly to the ASIC wafer. The previous approach in the prior art of creating the cavern access in the cap wafer cannot be implemented without further measures due to the layers and integrated circuits present in the ASIC. A production of the cavern access through the sensor wafer requires additional process steps or a very thin MEMS wafer maximum 150 µm. However, this would significantly limit the usability of the finished MEMS component, since important properties of the sensor, such as bending sensitivity, depend directly on the thickness of the sensor (including the cap). Therefore, such a heavily thinned-back sensor with cavern access through the sensor wafer could not be used for all applications, in particular highly accurate inertial sensors.
Mit der hier vorliegenden Erfindung wird die Einschränkung der Sensordicke bei Verwendung eines Laser-Reseal-Prozesses in der ASIC Kappen-Technologie überwunden, indem mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens ein Kavernenzugang durch den ASIC-Wafer ermöglicht wird.With the present invention, the limitation of the sensor thickness when using a laser reseal process in ASIC cap technology is overcome by allowing cavern access through the ASIC wafer by means of the method according to the invention.
Das erfindungsgemäße Verfahren weist dabei eine Reihe von Vorteilen auf. Der ASIC-Wafer hat im Allgemeinen eine geringere Schichtdicke als der Sensorwafer. Dadurch verkürzt sich die Prozesszeit zum Anlegen des Kavernenzugangs. Wird dieser beispielsweise. mit einem Trench-Prozess angelegt, wird dieser kostengünstiger sein. Das Verfahren erfordert keine Änderungen im MEMS Prozess. Alle für das Wiederverschließen des Kavernenzugangs erforderlichen Prozessschritte erfolgen im ASIC-Wafer. Dies vermeidet aufwändige zusätzliche Prozessschritte im MEMS-Wafer. Die Folgeprozesse nach dem eigentlichen Wiederverschließen sind einfach durchführbar, da weder auf MEMS- noch auf ASIC-Seite eine große Topographie der Waferoberfläche, wie zum Beispiel tiefe offene Gräben, existiert. Die Oberfläche des ASIC lässt sich erfindungsgemäß nach dem Wiederverschließen gut planarisieren.The method according to the invention has a number of advantages. The ASIC wafer generally has a smaller layer thickness than the sensor wafer. This shortens the process time for creating the cavern access. If this is for example. created with a trench process, this will be more cost-effective. The procedure does not require any changes in the MEMS process. All process steps required for reclosing the cavern access take place in the ASIC wafer. This avoids complex additional process steps in the MEMS wafer. The subsequent processes after the actual reclosing are easy to carry out, as there is no large topography of the wafer surface, such as deep open trenches, on either the MEMS or ASIC side. According to the invention, the surface of the ASIC can be well planarized after reclosing.
Somit sind die Wafer auch bezüglich Handling und Weiterverarbeitbarkeit sehr gut vorbereitet für weiterführende Prozesse, wie insbesondere das Anlegen von Durchkontakten (engl. through silicon vias, TSV).The wafers are therefore very well prepared for further processes in terms of handling and further processing, such as the creation of through-silicon vias (TSV) in particular.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens lassen sich das Trenchen zum Anlegen des Kavernenzugangs und zum Anlegen von TSV-Gräben in einem gemeinsamen Prozessschritt durchführen, was besonders kosteneffizient ist.In an advantageous embodiment of the method, the trenching for creating the cavern access and for creating TSV trenches can be carried out in a common process step, which is particularly cost-efficient.
FigurenlisteFigure list
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1 zeigt ein ASIC-Substrat mit einem Zugangsbereich, der von ASIC-Strukturen ausgespart ist.1 shows an ASIC substrate with an access area that is cut out by ASIC structures. -
2 zeigt schematisch das ASIC-Substrat mit dem Zugangsbereich, in den ein Sackloch eingebracht ist.2 shows schematically the ASIC substrate with the access area in which a blind hole is made. -
3 zeigt schematisch das ASIC-Substrat mit einem daran gebondeten MEMS-Substrat, die eine Kaverne umschließen, wobei das Sackloch einen Teil der Kaverne bildet.3 shows schematically the ASIC substrate with a MEMS substrate bonded to it, which enclose a cavity, the blind hole forming part of the cavity. -
4 zeigt schematisch eine erfindungsgemäße mikromechanische Vorrichtung in einem ersten Ausführungsbeispiel mit geätztem Kavernenzugang.4th schematically shows a micromechanical device according to the invention in a first exemplary embodiment with etched cavern access. -
5 zeigt schematisch das ASIC-Substrat mit einem daran gebondeten MEMS-Substrat, die eine Kaverne umschließen, wobei der Zugangsbereich noch unbearbeitet ist.5 shows schematically the ASIC substrate with a MEMS substrate bonded to it, which enclose a cavity, the access area still being unprocessed. -
6 zeigt schematisch eine erfindungsgemäße mikromechanische Vorrichtung in einem zweiten Ausführungsbeispiel mit lasergebohrtem Kavernenzugang.6th schematically shows a micromechanical device according to the invention in a second exemplary embodiment with laser-drilled cavern access. -
7 zeigt schematisch eine erfindungsgemäße mikromechanische Vorrichtung in einem dritten Ausführungsbeispiel mit Kavernenzugang in einer Ausnehmung.7th schematically shows a micromechanical device according to the invention in a third exemplary embodiment with cavern access in a recess. -
8 zeigt schematisch eine erfindungsgemäße mikromechanische Vorrichtung in einem vierten Ausführungsbeispiel mit planarisierter äußerer Oberfläche des ASIC-Substrats.8th schematically shows a micromechanical device according to the invention in a fourth exemplary embodiment with a planarized outer surface of the ASIC substrate. -
9 zeigt schematisch das ASIC-Substrat mit dem daran gebondeten MEMS-Substrat sowie Ätzgräben für den Kavernenzugang und für TSVs.9 shows schematically the ASIC substrate with the MEMS substrate bonded to it as well as etched trenches for the cavern access and for TSVs. -
10 zeigt schematisch eine erfindungsgemäße mikromechanische Vorrichtung in einem fünften Ausführungsbeispiel mit planarisierter äußerer Oberfläche des ASIC-Substrats, TSVs und Rückseitenkontaktierung.10 schematically shows a micromechanical device according to the invention in a fifth exemplary embodiment with a planarized outer surface of the ASIC substrate, TSVs and rear-side contacts. -
11 zeigt schematisch das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung einer mikromechanischen Vorrichtung mit einem ASIC-Substrat und einem MEMS-Substrat, welche eine Kaverne umschließen.11 shows schematically the method according to the invention for producing a micromechanical device with an ASIC substrate and a MEMS substrate, which enclose a cavern.
Beschreibungdescription
Der notwendige Kavernenzugang für den Laser-Reseal wird erfindungsgemäß durch den ASIC-Wafer realisiert. Als Voraussetzung hierfür muss der ASIC einen Bereich aufweisen, bei dem durch das Anlegen des Kavernenzugangs keine Schädigung der ASIC-Strukturen und der integrierten Schaltung erfolgt. Hierfür wird ein Bereich
Das Anlegen eines Kavernenzugangs durch den ASIC-Wafer, vorbereitet mit dem ausgesparten Zugangsbereich, kann auf verschiedene Arten erfolgen, nämlich erstens mittels Ätzen durch den ASIC, bevorzugt mit einem Trench-Prozess (Deep Reactive Ion Etching) oder zweitens mittels Laserbohren durch den ASIC.The creation of a cavern access through the ASIC wafer, prepared with the recessed access area, can be done in various ways, namely firstly by means of etching through the ASIC, preferably with a trench process (Deep Reactive Ion Etching) or secondly by means of laser drilling through the ASIC.
Die Herstellung des Kavernenzugangs durch den ASIC mittels Ätztechnik, zum Beispiel mittels Plasmaätzen, erfordert eine Anpassung des Ätzvorgangs an die zu ätzenden Materialien. Bei einem ASIC sind dies im Wesentlichen zwei Typen an Materialien, die entfernt werden müssen: Silizium im Bereich des Substrats und Dielektrika (Siliziumoxid, Siliziumnitrid, dotiertes Siliziumoxid) im Bereich des Schichtaufbaus des ASICs.The creation of the cavern access through the ASIC by means of etching technology, for example by means of plasma etching, requires the etching process to be adapted to the materials to be etched. In the case of an ASIC, there are essentially two types of materials that have to be removed: silicon in the area of the substrate and dielectrics (silicon oxide, silicon nitride, doped silicon oxide) in the area of the layer structure of the ASIC.
Der bereits weiter oben erwähnte von einer Schaltung ausgesparte Bereich wird so gestaltet, dass sich in diesem Bereich keine Metalle befinden, sondern lediglich Dielektrika. Dies hat den großen Vorteil, dass der Ätzprozess zur Entfernung dieser Schichten nicht mit Metall verunreinigt wird und zusätzlich die benötigten Ätzeigenschaften auf die Materialgruppe Dielektrika eingeschränkt werden können.The area already mentioned above which is left out of a circuit is designed in such a way that there are no metals in this area, only dielectrics. This has the great advantage that the etching process for removing these layers is not contaminated with metal and, in addition, the required etching properties can be restricted to the dielectric material group.
Der Kavernenzugang wird im ASIC nun in mehreren Schritten angelegt. Hierzu wird zuerst der Bereich der Aussparung von ASIC Strukturen mittels Ätztechnik entfernt. Dies erfolgt beispielsweise durch eine Strukturierung mittels Fotolithographie und anschließendem Trockenätzen.
Der so vorbereitete ASIC wird nun mit einem MEMS-Wafer gebondet. Hierzu kann z. B. ein eutektisches Bondverfahren, ein Thermokompressionsbonden oder auch ein Sealglas- (glass frit) Bondverfahren eingesetzt werden.The ASIC prepared in this way is now bonded to a MEMS wafer. For this purpose, z. B. a eutectic bonding process, a thermocompression bonding or a seal glass (glass frit) bonding process can be used.
Danach wird das ASIC-Substrat gedünnt auf typischerweise 100 µm und für den Kavernenzugang ein Graben in das ASIC-Substrat geätzt. Der entstandene Kavernenzugang ist typischerweise im Durchmesser kleiner als der zuvor von der aktiven ASIC-Seite freigelegte Bereich, nämlich das Sackloch
Eine Alternative zu dem geschilderten Verfahren, insbesondere zu dem ersten Ätzen der dielektrischen Schichten von der aktiven ASIC-Seite und dem anschließenden Ätzen des Substrats von der Waferrückseite, ist ein Ätzen des Substrats inklusive der dielektrischen Schichten von einer Waferseite aus. Dies kann sowohl vor als auch nach dem Bondvorgang erfolgen.An alternative to the method described, in particular to the first etching of the dielectric layers from the active ASIC side and the subsequent etching of the substrate from the wafer rear side, is to etch the substrate including the dielectric layers from one side of the wafer. This can be done both before and after the bonding process.
Zu beachten ist bei dem Verfahren, vor dem Bonden den Kavernenzugang komplett zu ätzen, dass eine Bearbeitung der Wafer nur noch eingeschränkt möglich ist. Insbesondere das Transferieren der Wafer erfolgt gewöhnlich durch eine Vakuumansaugung auf dem Träger, was jedoch bei einem Wafer mit Löchern nicht mehr möglich ist.In the process of completely etching the cavern access before bonding, it should be noted that processing of the wafers is only possible to a limited extent. In particular, the wafers are usually transferred by vacuum suction on the carrier, but this is no longer possible with a wafer with holes.
Zu beachten bei der Variante, die Kavernenöffnung durch das ASIC-Substrat und die dielektrischen Schichten nach dem Bonden zu ätzen, ist die reduzierte Selektivität und damit eine mögliche Schädigung der Strukturen in der Kaverne. In dem Moment, in dem der Kavernenzugang zur Kaverne durchstößt, kann das Ätzgas, das in diesem Fall besonders Dielektrika ätzt, alle umliegenden Dielektrika des ASICs und auch des MEMS, angreifen. Da ein Überätzen aufgrund von Prozesschwankungen (sowohl von Wafer zu Wafer als auch durch die Inhomogenität der Ätzrate über den Waferdurchmesser) nicht vermieden werden kann, wäre mit Schädigungen der dielektrischen Schichten auf dem ASIC-Wafer oder auch dem MEMS-Wafer zu rechnen. Hiergegen müssten zusätzliche Maßnahmen getroffen werden.With the variant of etching the cavern opening through the ASIC substrate and the dielectric layers after bonding, the reduced selectivity and thus possible damage to the structures in the cavern must be taken into account. At the moment the cavern access penetrates the cavern, the etching gas, which in this case particularly etches dielectrics, can attack all of the surrounding dielectrics of the ASIC and also of the MEMS. Since overetching cannot be avoided due to process fluctuations (both from wafer to wafer and due to the inhomogeneity of the etching rate across the wafer diameter), damage to the dielectric layers on the ASIC wafer or the MEMS wafer is to be expected. Additional measures would have to be taken against this.
Aus den genannten Gründen wird der zuerst beschriebene Herstellungsprozess, das Entfernen der Dielektrika vor dem Bonden und Ätzen des ASIC-Substrats nach dem Bonden, bevorzugt.For the reasons mentioned, the manufacturing process described first, removing the dielectrics before bonding and etching the ASIC substrate after bonding, is preferred.
Um den Herstellungsprozess der Kavernenöffnung zu vereinfachen, kann anstelle des Ätzverfahrens ein Laserbohrverfahren angewendet werden. Unter Laserbohren wird in diesem Zusammenhang ein Verfahren verstanden, das Materialabtrag durch den Einsatz eines Lasers ermöglicht. Derartige Verfahren sind auch als Laser-Ablation bekannt. Bei diesem Verfahren wird der ASIC-Wafer mit dem darin angelegten Zugangsbereich
Anschließend wird mittels Laserbohren der Kavernenzugang
Dargestellt ist die Vorrichtung nach Laserbohren und anschließendem Verschließen des Kavernenzugangs mittels Laser-Reseal oder ähnlichen Verfahren, z. B. Oxid-Reseal. Die Vorrichtung ist ähnlich zu der in
Unabhängig von der Herstellungsmethode mittels Ätzen oder Laserbohren entsteht an dem verschlossenen Kavernenzugang bei Verwendung des Laser-Reseals eine unebene Oberfläche, siehe
Daher ist es vorteilhaft, den Verschluss tiefer zu legen. Es ist hierzu günstig, vor dem Einbringen des Kavernenzugangs eine Ausnehmung an der äußeren Oberfläche, also an der Rückseite des ASIC anzulegen,
Vorteilhaft ist auch, den Verschluss zu planarisieren, etwa mit Schleifprozessen (grinding) oder auch CMP-Prozessen (Chemical Mechanical Polishing).
Auch die Kombination der beiden Prozessschritte aus den
Nach dem Planschleifen (Zustand von
Das Anlegen von TSVs erfordert eine Ätzung des ASIC-Substrats. Da bei dem Herstellen des Kavernenzugangs durch Ätzen (
Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung (nicht bildlich dargestellt) beinhaltet, dass bei Vorhandensein von mehreren getrennten Kavernen auf einem Chip, zum Beispiel für einen Drehratensensor und einen Beschleunigungssensor, über den Trenchprozess für den Kavernenzugang gleichzeitig mehrere Kavernenzugänge angelegt werden (also im Beispiel je einer für den Drehratensensor und den Beschleunigungssensor), diese aber sukzessive mit verschiedenen Gasdrücken mittels zweier aufeinander folgender Laser-Reseal-Prozesse verschlossen werden. Eine mögliche Prozessfolge wäre also
- i) Einstellen eines ersten Gasdrucks,
- ii) Laser-Reseal des ersten Kavernenzugangs, anschließend
- iii) Einstellen eines zweiten Gasdrucks und
- iv) Laser-Reseal des zweiten Kavernenzugangs).
- i) setting a first gas pressure,
- ii) Laser reseal of the first cavern access, then
- iii) setting a second gas pressure and
- iv) Laser reseal of the second cavern access).
Der optional folgende Planarisierungsprozess ebnet die beim Laser-Reseal entstehende Topographie für beide Zugänge gleichzeitig ein. In vorteilhafter Weise kann somit mit nur sehr geringem Zusatzaufwand (es werden lediglich die Prozessschritte iii), iv) zusätzlich benötigt) auch für eine zweite Kaverne ein sehr gut definierter und wenn erforderlich auch besonders hoher oder besonders niedriger Innendruck eingestellt werden.The planarization process that follows, optionally, levels the topography created during the laser reseal for both accesses at the same time. In an advantageous manner, with only very little additional effort (only process steps iii), iv) are additionally required), a very well-defined and, if necessary, particularly high or particularly low internal pressure can also be set for a second cavern.
Nach dem gemeinsamen Trenchen von Graben
Das Verfahren beinhaltet die wesentlichen Schritte:
- A: Bereitstellen eines ASIC-Substrats mit einem Zugangsbereich, der von ASIC Strukturen ausgespart ist;
- B: Bonden des ASIC-Substrats mit einem MEMS Substrat, wobei die ASIC-Strukturen an die Kaverne angrenzen;
- C: Herstellen eines Kavernenzugangs durch Herstellen einer durchgehenden Ausnehmung von einer äußeren Oberfläche des ASIC-Substrats bis zur Kaverne;
- D: Wiederverschließen des Kavernenzugangs mit einem stoffschlüssigen Verschluss an der äußeren Oberfläche des ASIC-Substrats.
- A: Providing an ASIC substrate with an access area that is cut out by ASIC structures;
- B: bonding the ASIC substrate to a MEMS substrate, the ASIC structures adjoining the cavern;
- C: producing a cavern access by producing a continuous recess from an outer surface of the ASIC substrate to the cavern;
- D: Reclosing the access to the cavern with an integral closure on the outer surface of the ASIC substrate.
BezugszeichenlisteList of reference symbols
- 1010
- ASIC SubstratASIC substrate
- 1111
- rückgedünntes ASIC-Substratthinned ASIC substrate
- 1212th
- rückseitig abgetragener SubstratteilPart of the substrate removed from the back
- 2020th
- MEMS SubstratMEMS substrate
- 3030th
- Kavernecavern
- 4040
- ASIC StrukturASIC structure
- 4242
- TSV PadsTSV pads
- 4545
- ZugangsbereichAccess area
- 5050
- MEMS StrukturMEMS structure
- 6060
- KavernenzugangCavern access
- 6262
- SacklochBlind hole
- 6464
- Grabendig
- 6565
- VerschlussClasp
- 6666
- weiterer Graben für Durchkontaktfurther trench for via
- 7070
- AusnehmungRecess
- 8080
- Metallumverdrahtung (RDL)Metal rewiring (RDL)
- 9090
- LotkugelSolder ball
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION
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- DE 201710207111 A1 [0004]DE 201710207111 A1 [0004]
- DE 102017215531 A1 [0004]DE 102017215531 A1 [0004]
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